旋转防偏磨抽油杆接箍的研究设计

在油田抽高含水开发期,由于腐蚀和磨损的影响,有杆泵生产井中抽油杆接箍早期磨蚀失效,造成抽油杆断脱油井作业。论述了一种旋转防偏磨抽油杆接箍结构和工作原理,通过结构的改变减少管杆接触比压力,在减小管杆问的摩擦力的同时减少旋转减小抽油杆接箍及接触油管的磨损,可有效解决有杆泵抽油井管杆接箍磨损造成作业问题。     

地面驱动单螺杆泵使用中出现的问题及失效形式

<正> 地面驱动单螺杆泵是一种能够举升稠油和含砂含气原油的机械采油设备,它主要由地面驱动头和井下单螺杆泵两大部分组成,二者采用油管和抽油杆连接,驱动头带动抽油杆旋转使泵工作。自1986年以来,这种采油设备已在辽河等油田广泛使用,收到了良好的效果。与此同时,也暴露了一些问题,下面结合国内部分油田使用情况和国外资料,介绍这种采油设备在使用过程中出现的问题及主要失效形式,并分析其产生原因和提出预防措施。     

单螺杆泵井抽油杆柱的有限元分析

1．前言 地面驱动单螺杆泵采油系统适用于浅井、稠油井、含砂井和含气井。抽油杆是连接地面驱动装置和井下螺杆泵的部件。与抽油机井中的往复运动不同，单螺杆泵井中抽油杆是做高速旋转运动，由于井斜及抽油杆制造质量等原因，抽油杆不可避免地与油管发生碰撞。本文考虑碰撞接触的影响，运用有限元的方法对抽油杆进行整体受力及运动分析，建立有限元分析模型。该模型可计算出抽油杆在任意时刻、任意位置处的受力和运动状况，这对油田提高螺杆泵井管理水平具有重要意义。     

国外抽油技术的新发展(一)

近年来 ,美国石油机械制造商为推动有杆泵抽油系统的技术进步做了大量的工作 ,推出了一系列新技术和装备 ,其中包括Jackshaft减速器、连续油管抽油系统、可消除污染的盘根盒、旋转抽油杆接箍和刚性抽油杆接箍、抗冲蚀泵和多相泵、可在矿场安装的抽油杆导向器 /刮蜡器、可控制抽油机的变频驱动装置、油田自动化软件、测力计系统和电效率测试技术。对以上技术装备分别做了简要介绍 ,并给出了部分装备的结构和性能特点。     

抽油机多功能保护器

抽油机多功能保护器具有防偏磨、减震、保护抽油泵、防脱扣、过载自动保护等功能，能使抽油机负荷保持平稳，避免抽油杆疲劳断脱，有效延长油井的检泵井周期。由于该保护器能始终带动抽油杆做单向转动，使抽油杆接头始终处于扭紧状态，可有效避免接箍脱扣造成的停井事故。     

国外提高有杆泵系统可靠性的措施

提高有杆泵系统设备可靠性,对于保证油井长期连续高效生产,具有十分重要的意义。为此应采取的措施有：（1）正确选择和设计抽油系统的各部分设备,包括抽油机、电动机、胶带轮与胶带、抽油杆柱、抽油泵、气锚和油管等;（2）建立有杆泵井数据库,定期进行设备故障分析;（3）正确设计油井工作参数,做好抽油杆预处理和维护工作,根据杆柱失效的具体情况更换部分抽油杆,对抽油杆接箍做缓蚀处理,尽量消除杆管磨损。     

一种空心等厚单螺杆泵

本实用新型涉及一种用于稠油开采的空心等厚单螺杆泵，由抽油杆接箍、油管接箍、等厚定子、空心等厚螺杆、尾管、螺杆端头、端头底座组成。此种螺杆泵采用的等厚定子外表面和等厚螺杆内表面均为曲面，散热面积大，散热效果好，既有利于延长泵的使用寿命，又可提高泵效、扬程和加热效果，还可与加热电缆或蒸汽、热水伴热相结合，有利于稠油开采，宜于推广应用。     

从螺纹加工方式谈抽油杆接箍的疲劳寿命

抽油杆接箍疲劳性能的快速试验室试验是在闭合回路的液压试验装置上进行的,其目的是对制造抽油杆接箍中常用的几种螺纹加工方式进行评价。所试验的螺纹加工方式有车削、在螺纹根部加工减载槽(keyhole)、车削-压光(burnished),车削-冷挤压以及完全冷挤压。 试验结果表明:抽油杆接箍的疲劳寿命随冷加工硬化程度的增大而提高。同时还可看到,加快试验速度对试验结果的真实性影响极小。     

有杆泵采油设备的新进展

杆式泵(包括塔式泵)是目前应用最广泛的人工举升装置,它应用抽油杆的垂直运动或铜缆带动井下柱塞泵工作.本文介绍的是美国五家公司研制应用的4种新型泵抽系统和3种配套设备与技术:用于杆式泵的Rotaflex长冲程系统、燃气发动机驱动系统、低成本杆式泵、矮型泵、用电缆替代抽油杆技术、抽油杆接箍和用井下示功图计算泵的进口压力.     

国外有杆泵采油技术的新进展

近年来,国外的石油设备制造商为了推动有杆泵抽油的技术进步,提高机械采油的经济效益,开发成功并推广应用了低排量产气井有杆泵,可清除机杂的有杆泵,抽油杆润滑剂,抽油机变速驱动装置,新型抽油杆导向器,有杆泵井故障诊断装置,油井防砂和防气滤器,低产井有杆泵,新型有杆泵柱塞,新型有杆泵控制器,新型抽油杆接箍,防砂有杆泵,抽油机用线形电机,连续抽油泵,重质油砂层采油用抽油泵,采用天然能源的抽油系统,小排量抽油系统,新型泵抽空控制器,改进的低成本抽油系统和用天然气供能的抽油装置等。     

螺杆泵采油井杆柱断脱机理及其对策

造成螺杆泵采油井抽油杆杆柱断裂、脱扣和撸扣的主要原因有杆体外径选择偏小 ,杆体制造或使用过程中产生缺陷 ,堵塞扭矩过大 ,反扭矩大于螺纹联接扭矩以及抽油杆螺纹牙受剪应力过大等。针对上述原因 ,制定了合理选配杆柱 ,加强检测 ,采用专用抽油杆 ,应用无油管采油技术 ,安装防反转装置 ,设置过载保护系统以及加强现场施工管理等技术对策 ,提高了抽油杆柱的可靠性 ,有效地避免了杆柱断脱事故的发生。     

定向井杆管接触状态的有限元仿真模型

将定向井抽油杆柱离散为空间梁单元,通过在所有节点构造双向弹簧元模拟抽油杆柱与油管的接触状态,考虑双向弹簧元弹簧刚度系数对单元刚度矩阵与总刚度矩阵的影响,建立了抽油杆柱与油管接触状态的有限元仿真分析模型。仿真结果表明,弹簧元能够准确模拟杆管接触状态,确定杆柱与油管内壁接触状态、杆管接触压力以及扶正器与油管接触压力;抽油杆柱与油管柱接触受实际井眼轨道的影响,井眼造斜段、局部狗腿度较大的井段,杆管接触压力较大;在定向井抽油杆柱安装扶正器可以明显减小或消除杆体与油管的接触压力以及接箍与油管的接触压力。     

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。     

有杆抽油系统泵功图计算的一种快速递推法

在抽油杆柱波动方程分离变量法的基础上,将矩阵递推技术与三角级数递推技术相结合,提出了有杆抽油系统故障诊断技术中计算泵功图的一种快速算法,这种方法不仅适用于单级抽油杆采油系统,同时也适用于不同材质,不同杆径抽油杆组成的抽油系统,这种方法利用三角级数递推技术解决了用分离变量法求解过程中反复调用三角函数占用较多计算机时间的问题,把调用三角级数的次数降到了最低,节省了运算时间;利用矩阵递推技术解决了级次抽油杆不同杆材或不同杆径抽油杆联结处的力与位移的连续条件,同时简化了运算过程中大量中间参数的计算,并使整个方法的推导过程简便直观,为批量进行有杆抽油系统故障诊断的泵功图计算提供了技术途径,经“有杆泵抽油系统工况自动诊断软件”在新疆油田实际应用表明,该方法的运算速度快于目前的其他算法。     

抽油杆柱扭转机理分析与力学模型的建立

在综合分析抽油杆柱破坏形式的基础上 ,找到了抽油杆柱产生扭转运动的原因 ,即抽油杆柱屈曲和悬绳器钢丝绳打扭。探讨了抽油杆柱扭转振动的上下端边界条件 ,在对抽油杆柱适当简化的基础上 ,利用弹性理论和单元分析法 ,建立了抽油杆柱扭转振动的动力学模型 ,并研究了该模型的求解方法。为抽油杆柱的扭转脱扣、偏磨及抽油泵柱塞螺旋划痕等破坏形式的量化分析奠定了理论基础     

安塞油田抽油杆断裂原因及防治措施研究

通过对安塞油田抽油杆断裂井断口形状、断裂部位、生产参数及杆柱组合的统计分析，找出了影响抽油杆断裂的主要原因，提出并采取了具有针对性的可行性技术措施，从而延长了抽油杆的使用寿命，降低了杆柱故障率，节约了采油成本，对其它油田开采实践具有一定借鉴意义。     

抽油杆柱断裂原因及对策

抽油杆柱断裂是影响油田正常生产的重要因素,对某采油厂10个月内抽油杆柱断裂情况进行了统计分析,发现抽油杆柱断裂原因主要是：（1）杆柱组合等参数设计不合理,使抽油杆超负荷工作,承受的应力超过了耐久极限。（2）服役时间超过了安全使用期;（3）制造缺陷;（4）运输和使用抽油杆时处理不当,为此提出了相应的对策措施。     

用弹簧－质量模型设计铝合金抽油杆柱

根据铝合金抽油杆柱的特点，将其简化为弹簧－质量模型；折算该杆柱的总质量与总刚度后，应用振动理论求得杆柱振动频率，进而采用ＡＰＩ推荐的方法设计铝合金抽油杆柱。计算表明，利用铝合金杆柱的低密度特性可以显著降低抽油机悬卢、载荷与曲柄扭矩；利用其机械共振特性有利于提高井下果效率，对深抽井有重要意义。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

玻璃钢-钢混合杆柱优化设计

以系统优化为前提,合理地初选了玻璃钢-钢混合杆柱比例、泵挂深度及抽汲参数,提出了以底部杆柱不受压失稳为目标的杆柱应力设计方法。给出了玻璃钢-钢混合杆柱系统优化设计步骤,开发了适用于玻璃钢-钢混合杆柱的优化设计软件。用该软件对YKXX井玻璃钢-钢混合杆柱进行优化设计,结果表明,系统效率均低于30%,其主要原因是选用了库存抽油机;冲程损失均小于0,这说明该种杆柱设计方案实现了超冲程;第1级杆为加重杆可以平衡下冲程过程中杆柱底部的压应力。